南海沿岸近海地區(qū)大氣特征分析

安潔，齊琳琳

（空軍裝備研究院航空氣象防化研究所，北京 100085）

1 引言

隨著新型武器裝備的大量使用，研究大氣狀況對(duì)機(jī)載精確制導(dǎo)武器作戰(zhàn)使用效能的影響則顯得尤為重要，在模擬大氣輻射傳輸過(guò)程、發(fā)展大氣透過(guò)率模式及反演大氣參數(shù)等許多應(yīng)用中,大氣狀態(tài)廓線(xiàn)是重要的輸入?yún)?shù)。目前國(guó)際上常用的大氣樣本庫(kù)有多個(gè)版本[1]，由于應(yīng)用目的不同，各個(gè)樣本庫(kù)包含的大氣廓線(xiàn)的數(shù)量和內(nèi)容均有差異，更主要的是都缺少能夠代表中國(guó)地區(qū)的大氣樣本。漆成莉[2]等人以中國(guó)區(qū)域2002年氣象探空資料為基礎(chǔ),利用拓?fù)鋵W(xué)方法建立了包含大氣溫度和濕度廓線(xiàn)的中國(guó)區(qū)域大氣廓線(xiàn)。南海地處亞熱帶和熱帶區(qū)域，幅員遼闊，背靠大陸，地理位置獨(dú)特，天氣變化較為復(fù)雜，其大氣廓線(xiàn)及氣候變化與陸地截然不同。南海區(qū)域是我國(guó)海上的重要門(mén)戶(hù)，近年來(lái)由于領(lǐng)土爭(zhēng)端、資源開(kāi)發(fā)、共同安全等復(fù)雜矛盾，已成為軍事敏感和熱點(diǎn)地區(qū)之一。把握南海的掌控權(quán)，特別是制空權(quán)，對(duì)我國(guó)海洋安全具有十分重要的意義。我軍每年都會(huì)在南海地區(qū)組織多軍兵種、多機(jī)種的海上軍事演習(xí)，南海區(qū)域北緯10度線(xiàn)附近的航空兵警戒巡邏也已逐步實(shí)現(xiàn)常態(tài)化[3]。因此，研究南海的氣候特征有著重要的政治、軍事和科學(xué)意義。文日鳳等人[4]利用1988—1998年南海南部沿岸各站資料分析了南海海區(qū)氣候要素的分布特征；鮑獻(xiàn)文等[5]利用1990—1999年的AVHRR衛(wèi)星資料分析了黃海、渤海、東海3個(gè)海區(qū)的4個(gè)季節(jié)不同的變化特點(diǎn)；伍玉梅等人[6]利用1985—2005年間AVHRR輻射計(jì)獲取的東海海表溫度資料，研究其時(shí)空變化特征；任崇等人[7]運(yùn)用南沙永署礁氣象觀測(cè)站1989—2010年的氣溫資料，對(duì)近22年來(lái)南沙海區(qū)的氣溫變化進(jìn)行了分析。

近年來(lái)氣候變化使得局地大氣特征發(fā)生明顯變化[8]，為了更精準(zhǔn)的提供南海地區(qū)真實(shí)大氣的特征，文章對(duì)南海沿岸近海地區(qū)（108°—120°E，15°—25°N）的大氣特征進(jìn)行對(duì)比分析。文中資料采用2001—2010年的南海沿岸近海站點(diǎn)的觀探測(cè)資料，共計(jì)74站點(diǎn)，具體經(jīng)緯度分布見(jiàn)表1。在對(duì)溫、壓濕等大氣參數(shù)統(tǒng)計(jì)時(shí)，考慮到每日的探空資料的探空層高度和數(shù)目可能會(huì)不相同，因此統(tǒng)一取垂直方向10 km以下，間隔0.5 km進(jìn)行插值。其中溫度和相對(duì)濕度做距離權(quán)重插值平均，而氣壓則采用對(duì)數(shù)插值平均[9]。然后在進(jìn)行年和季的時(shí)間平均得到氣候平均態(tài)特征。

表1 選取站點(diǎn)經(jīng)緯度統(tǒng)計(jì)表

2 大氣參數(shù)分布特征

2.1 氣壓

在10 km內(nèi)氣壓隨高度呈指數(shù)遞減（見(jiàn)圖1a），以08時(shí)為例，年平均氣壓從1012.76 hPa降至287.08 hPa，且各季節(jié)的氣壓變化趨勢(shì)非常接近。但在同一高度處氣壓最大值出現(xiàn)的季節(jié)稍有不同：在1 km以下，均冬季氣壓最高，而最低氣壓則與時(shí)間有關(guān)，08時(shí)以夏季氣壓最低，春秋季與年平均值接近，而20時(shí)則以秋季氣壓最低，夏季與其接近；3—6 km各季節(jié)氣壓分布非常接近；6—10 km均以夏季氣壓最高，冬季氣壓最低。

2.2 大氣溫度

無(wú)論任何季節(jié)，氣溫均隨高度遞減。年平均氣溫垂直遞減率為5.48℃/km，單站出現(xiàn)的最大氣溫垂直遞減率可達(dá)8.06℃/km。圖1b給出的是08時(shí)平均氣溫隨高度分布情況，可以看到，在同一高度上，夏季氣溫最高，冬季氣溫最低，春秋季與年平均氣溫接近。在5 km以下，冬季的氣溫垂直遞減率較小，而在5 km以上，全年各季節(jié)的氣溫垂直遞減率大小彼此接近。

2.3 相對(duì)濕度

如圖1c所示，在2 km以下各季節(jié)相對(duì)濕度相差不大，且隨高度的變化也不大，但在2 km以上，差別就變得十分明顯了。在2 km以下相對(duì)濕度均較大，一般都在70%以上，2 km以上隨高度減小，特別是冬季，在2—5 km相對(duì)濕度直減率最大，到5 km以上相對(duì)濕度基本維持在10%以下。在同一高度上，均以夏季的相對(duì)濕度最大，秋季次之，冬季最小。春季相對(duì)濕度的分布趨勢(shì)與年平均的最為接近。不同時(shí)次的相對(duì)濕度分布趨勢(shì)大體相同，只是20時(shí)較08時(shí)的稍偏大。

3 云和能見(jiàn)度特征分析

3.1 云量

由圖2a可見(jiàn)，春季（3—5月）日平均總云量最多，為7.6成，秋季（9—11月）日平均總云量最少，為4.9成。夏季（6—8月）與冬季（12月—次年2月）日平均總云量相當(dāng)，分別為6.7成和6.4成。兩者相比，夏季白天平均總云量較多，冬季夜間平均總云量較多。各季節(jié)平均總云量日變化均呈現(xiàn)出白天多、夜間少的特點(diǎn)。冬春兩季呈現(xiàn)“單峰”分布，即均以07時(shí)（北京時(shí)，下同）總云量最多，之后緩慢減少，直至21時(shí)以后，總云量又開(kāi)始增加；而夏秋兩季總云量則是呈“兩段”分布，即分為較多的時(shí)段（06—19時(shí)）和較少的時(shí)段（20—次日05時(shí)），兩時(shí)段內(nèi)總云量變化不大。

圖1 大氣參數(shù)廓線(xiàn)分布圖

圖2 各季節(jié)平均云量日變化曲線(xiàn)圖

春季日平均低云量最多（見(jiàn)圖2b），為6.9成，冬、夏兩季次之，分別為5.8成和5.4成，秋季日平均低云量最少，為4.0成。從日變化上來(lái)看，各季節(jié)平均低云量日變化均呈現(xiàn)出白天多、夜間少的特點(diǎn)，特別是冬、夏兩季“峰值”變化明顯：冬季以07時(shí)低云量最多，之后緩慢減少，直至21時(shí)以后，低云量又開(kāi)始增加；夏季則以午后12—14時(shí)的平均低云量為最多，子夜最少。

圖3 總云量日變化頻率統(tǒng)計(jì)

分析各站點(diǎn)全年各月份的日平均云量可知（圖略），冬半年（9月—次年3月）東部沿海地區(qū)無(wú)論是總云量還是低云量都相對(duì)內(nèi)陸地區(qū)較多，而夏半年各地區(qū)云量相近。這主要是由于冬季大陸上空較干，海洋上空水汽相對(duì)較多，而夏季兩者差別不大。

按總云量<1、1—3、4—7、8—10成四種情況分別統(tǒng)計(jì)每日出現(xiàn)的時(shí)次和頻率（見(jiàn)圖3），可以看出，春、夏、冬三季一日當(dāng)中均以總云量在8—10成的出現(xiàn)頻率最高，即該地區(qū)一年當(dāng)中以多云天氣為主。具體而言：冬、春季節(jié)總云量在8—10成的出現(xiàn)頻率占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)（見(jiàn)3a、b），無(wú)論任何時(shí)次都平均在18天/月以上，特別是春季06—12時(shí)（見(jiàn)圖3b）可達(dá)22天/月以上；夏季（見(jiàn)圖3c）總云量在8—10成的出現(xiàn)頻率比春季減少，且出現(xiàn)了晝夜的區(qū)別，白天（06—19時(shí)）可達(dá)16天/月以上，而夜間則只有10—14天/月。同時(shí)，夜間總云量在4—7成的出現(xiàn)頻率較春季有所增加，可達(dá)8—10天/月；秋季總云量日變化較為特殊（見(jiàn)圖3d），以總云量<1成和>7成兩種天氣為主，兩者出現(xiàn)頻率分別占9—15天/月，夜間（18時(shí)—次日06時(shí)）以晴空少云（總云量<1成）為主，白天（07—17時(shí)）則以多云到陰（總云量>7成）為主。

圖4 低云量日變化頻率統(tǒng)計(jì)

同樣，對(duì)低云量出現(xiàn)的頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，冬、春季節(jié)均以低云量在8—10成的出現(xiàn)頻率為最高（見(jiàn)圖4a、b），無(wú)論任何時(shí)次都平均在16天/月以上，特別是春季（見(jiàn)圖4b）可達(dá)18天/月以上；夏季（見(jiàn)圖4c）白天（06—20時(shí)）以多云為主，上午06—10時(shí)低云量在8—10成的出現(xiàn)頻率居多，可達(dá)10天/月左右，下午以4—7成的出現(xiàn)頻率居多，可達(dá)13天/月左右，夜間則以<1成居多，可達(dá)15天/月；秋季低云量的日變化特點(diǎn)與冬、春季節(jié)相反，全天均以晴到少云（低云量<1成）為主，特別是夜間（20時(shí)—次日04時(shí)）出現(xiàn)低云量<1成的頻率可達(dá)18天/月，午后的出現(xiàn)頻率也在13天/月以上。其次是低云量在8—10成的出現(xiàn)頻率，全天均在9天/月左右。

3.2 云底高

秋冬季節(jié)云層較高（見(jiàn)圖5），平均云底高分別為4510 m和3657 m，而春夏季節(jié)則云層較低，春季平均云底高只有2197 m。從各季節(jié)的平均云底高日變化來(lái)看，白天云層較夜間更低，秋冬季節(jié)以清晨06—08時(shí)云底高最低，而春夏季節(jié)則以午后12—14時(shí)云底高最低，這也體現(xiàn)出低云出現(xiàn)的頻率。

圖5 各季節(jié)平均云底高日變化曲線(xiàn)圖

按云底高≤300 m、300—1000 m、1000—2000 m、2000—3000m、3000—4000m、4000—6000m、>6000m，分別統(tǒng)計(jì)各月出現(xiàn)的頻率（見(jiàn)圖6）。云底高在2000—6000 m區(qū)間的情況一年四季都比較少，且日變化不大，均在2天/月以下。冬季云底高以1000—2000 m的情況為最多，300—1000 m的出現(xiàn)概率次之，其中在03—05時(shí)段云底高在1000—2000 m的概率平均可達(dá)11天/月左右，在12—16時(shí)段云底高在300—1000 m的概率平均可達(dá)8—10天/月。春季云底高在300—1000 m的出現(xiàn)概率明顯占優(yōu)，其中在14時(shí)前后平均可達(dá)18天/月左右，午夜（22時(shí)—次日02時(shí)）云底高在300—1000 m和1000—2000 m區(qū)間的出現(xiàn)概率相近，均在9天/月左右。到了夏季，云底高在300—1000 m的情況更為普遍，白天均在12天/月以上，其中午后時(shí)段可達(dá)27天/月。而進(jìn)入秋季，云層明顯增高，云底高>6000 m的情況猛增，特別是在夜間平均可達(dá)14天/月以上，只在午后12—16時(shí)云底高在300—1000 m的情況稍多。

圖6 云底高量日變化頻率統(tǒng)計(jì)

圖7 各季節(jié)平均能見(jiàn)度日變化曲線(xiàn)圖

3.3 能見(jiàn)度

由圖7可見(jiàn)，夏季的能見(jiàn)度明顯比其他季節(jié)要好，日平均能見(jiàn)度約12.8 km，春、秋、冬季日平均能見(jiàn)度分別為9.6 km、9.3 km、8.4 km。各季節(jié)能見(jiàn)度日變化明顯，且均呈現(xiàn)“單峰”分布，即均以16時(shí)前后能見(jiàn)度最好、06時(shí)前后能見(jiàn)度最差。

圖8 能見(jiàn)度日變化頻率統(tǒng)計(jì)

圖9 綜合指標(biāo)日變化頻率統(tǒng)計(jì)

將能見(jiàn)度按≤1 k m、≤4 k m、≤10 k m和≥20 km分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)圖8）。全年出現(xiàn)惡劣能見(jiàn)度（≤1 km）的情況很少，平均在3天/月以下，特別是秋季，只在清晨06—08時(shí)有可能出現(xiàn)，平均概率在1天/月左右，其他時(shí)刻則幾乎不出現(xiàn)。當(dāng)然，最佳能見(jiàn)度（≥20 km）的出現(xiàn)頻率也不是很高，尤其以春、秋、冬三季較少，一天當(dāng)中只在14—18時(shí)出現(xiàn)的頻率稍高，也均在7天/月以下。這三個(gè)季節(jié)每日清晨能見(jiàn)度稍差，低能見(jiàn)度（≤4 km）的情況平均在14天/月左右，一天當(dāng)中其他時(shí)段則多數(shù)在4—10 km。夏季能見(jiàn)度通常較好，以能見(jiàn)度>4 km的情況為主，一天當(dāng)中10—20時(shí)段以能見(jiàn)度≥20 km的情況居多，平均可達(dá)12天/月以上，其他時(shí)段以能見(jiàn)度在4—10 km的情況居多，05時(shí)前后可高達(dá)16天/月左右。影響能見(jiàn)度的主要天氣現(xiàn)象是海霧，統(tǒng)計(jì)表明海溫介于20—22℃之間時(shí)海霧出現(xiàn)概率最大[10]，這正好解釋了春秋季節(jié)清晨能見(jiàn)度的原因。當(dāng)然，海霧的出現(xiàn)除了與海溫有關(guān)外，還與大氣環(huán)流季節(jié)變化關(guān)系密切，這里不作分析。

4 小結(jié)

文章統(tǒng)計(jì)分析了南海沿岸近海地區(qū)的溫度、濕度等常規(guī)大氣參數(shù)特征，得到近年南海沿岸近海地區(qū)真實(shí)大氣參數(shù)廓線(xiàn)分布特征，并對(duì)飛行影響較為重要的云、能見(jiàn)度等天氣特征進(jìn)行了分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，總體而言，該地區(qū)云量和能見(jiàn)度都有明顯的日變化和季節(jié)變化，雖云量較多，但能見(jiàn)度較好?？紤]到對(duì)飛行的影響，統(tǒng)計(jì)了在低云量>4成、云底高≤300 m且能見(jiàn)度<1 km的危險(xiǎn)天氣條件（通常此種情況下飛機(jī)不予飛行）出現(xiàn)的頻率分布，見(jiàn)圖9?？傮w而言，在南海地區(qū)這種危險(xiǎn)天氣出現(xiàn)的概率很小，特別是在夏季幾乎沒(méi)有。一天當(dāng)中，這種危險(xiǎn)天氣主要出現(xiàn)在兩個(gè)時(shí)段，即06—08時(shí)段和15—20時(shí)段，尤其以春季的影響最大，17時(shí)的出現(xiàn)概率可達(dá)到0.35天/月。其次是冬季，15時(shí)的出現(xiàn)概率可達(dá)到0.24天/月。

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